973计划“多尺度气溶胶综合观测和时空分布规律研究”项目取得重大进展
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2012-04-09

        近日,由中国科学院遥感应用研究所(第一承担单位)承担的科技部全球变化重大科学研究计划(973计划)“多尺度气溶胶综合观测和时空分布规律研究”项目顺利通过中期评估验收。本次验收会由科技部基础研究管理中心组织,验收专家组由来自科技部、中科院研究所、高校等多家单位的相关领域专家组成,项目负责人遥感所所长顾行发研究员及项目相关科研人员参加了验收会议。

验收会现场

        该项目自启动以来,以降低中国地区气溶胶气候效应评估不确定性的迫切需求为出发点,以中国地区气溶胶特性的时空分布特征为切入点,以天空地一体化、时间空间多尺度的气溶胶综合观测为纽带,围绕关键科学问题开展了深入的研究。项目全面完成了任务书中规定前两年的研究内容,取得了理论、方法、技术等方面的突破,获得了多项研究成果。

        在气溶胶微观特性参数观测研究方面,项目瞄准国际前沿,在气溶胶光学、物理、化学特性反演及定标和质量等方面开展深入研究,建立了国内领先水平的地基综合观测的新方法和技术体系。

  

           (a) 国际领先的多波段偏振观测系统         (b) 反演气溶胶微观参数示例

图1 气溶胶地基偏振遥感观测与反演处理系统截图

    在气溶胶化学组成反演方面,形成了针对气候变化研究的气溶胶化学组分反演方案。基于这个新方案,首次通过遥感手段获得了北京地区气溶胶化学成分月变化信息。所获得的气溶胶化学成分信息(碳、硫、水、沙尘含量)为准确估计气溶胶的气候效应及其对全球变化的影响提供了宝贵资料。未来,这种方法还可能扩展到卫星观测领域,为基于观测的气溶胶气候效应评估提供关键支撑。

(a)与国际先进水平(左,3成分方案)对比,发展了针对气候效应研究需求的气溶胶4成分

(黒碳、硫酸盐、沙尘、水分含量)化学组分反演方案(右)

(b)通过地基遥感观测首次获得北京月平均气溶胶化学组分含量变化信息

图2 建立了针对气候变化研究的气溶胶4组分(BC: 黒碳;(NH4)2SO4:硫酸盐, Dust:沙尘, Water:颗粒物中水分)化学组成反演方案

    在长时间序列卫星数据反演和提高反演空间覆盖度方面,开展了利用AVHRR观测对陆地上空气溶胶光学厚度进行反演的研究,初步得到长时间序列的气溶胶光学特性的变化情况,为气溶胶辐射强迫的研究提供重要的依据。在提高反演空间覆盖度方法探索上,采用MODIS双星观测,开展亮地表区域(如城市、沙漠、冰雪等)的气溶胶反演算法,实现了包括复杂地表下垫面的全地表覆盖类型的气溶胶天基遥感反演,反演覆盖度是MODIS常规产品的3倍以上。

图3 基于AVHRR传感器的中国地区气溶胶光学厚度月变化图(2009年)

        在基于遥感手段探测中国地区气溶胶时空规律方面,首次围绕北京、天津、塘沽地区开展了为期一个月的气溶胶大型综合观测实验,获取了天、地、空一体化的高精度多参数气溶胶综合观测数据。为气溶胶气候效应影响研究,特别是我国北方气溶胶高浓度区域气溶胶对气候和环境的影响研究,提供了基本数据集,对气溶胶光学和理化特性,以及其与经济建设发展和区域气候效应的相关性研究等方面具有十分重要的科学价值和支撑作用。

图4 京津塘区域多平台(天基、地基)、多尺度(微观、宏观)、多参数(光学、物理、化学)气溶胶大型综合观测试验

        在综合利用地基、卫星以及模式模拟我国气溶胶直接辐射强迫方面,华东地区气溶胶光学特性系统观测揭示了烟尘和沙尘对该地区的显著影响;星地联合观测揭示南亚输送对青藏高原气溶胶的显著影响;卫星观测给出东亚地区细粒子AOD时空分布,结果显示东亚地区高气溶胶区与人口密集以及经济发展地区相联系。利用区域化学气候耦合模式给出我国PM10时空分布,并对2010年春季特大沙尘暴事件进行了模拟评估;分析了东亚地区多成分气溶胶(硫酸盐、黑碳、有机碳、沙尘、海盐)直接辐射强迫季节变化及气溶胶光学厚度的时空分布;基于IPCC AR5排放清单,对全球及我国历史长期气溶胶直接辐射强迫进行了模拟。

图5 在线模拟1980-2000年大气顶气溶胶直接辐射强迫变化